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來(lái)源：貿澤電子 在制造業(yè)中擁抱數字時(shí)代不再只是一種選擇，而是企業(yè)在市場(chǎng)上保持競爭力的必備條件。如今的制造業(yè)正在經(jīng)歷由人工智能（AI）引領(lǐng)的轉型，這種技術(shù)和創(chuàng )新的融合催生了智能制造產(chǎn)業(yè)，這是一個(gè)將重新定義該行業(yè)的重大變革。 隨著(zhù)先進(jìn)制造技術(shù)的采用，智能制造有望為各行各業(yè)的所有工廠(chǎng)帶來(lái)完全不同的生產(chǎn)環(huán)境。在此過(guò)程中，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和人工智能之間的這種強大相互作用構成了智能制造革命的基石。占據中心地位的人工智能既可以分析海量的數據流以?xún)?yōu)化生產(chǎn)流程，保證高質(zhì)量的產(chǎn)出，還可以預測設備故障以進(jìn)行預防性維護。隨著(zhù)先進(jìn)制造技術(shù)的采用，智能制造有望為各行各業(yè)的所有工廠(chǎng)帶來(lái)完全不同的生產(chǎn)環(huán)境。在此過(guò)程中，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和人工智能之間的這種強大相互作用構成了智能制造革命的基石。占據中心地位的人工智能既可以分析海量的數據流以?xún)?yōu)化生產(chǎn)流程，保證高質(zhì)量的產(chǎn)出，還可以預測設備故障以進(jìn)行預防性維護。 智能制造中的關(guān)鍵技術(shù) 推動(dòng)智能制造變革的關(guān)鍵技術(shù)包括增材制造（3D打�。�、人工智能（AI）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和先進(jìn)的機器人技術(shù)。這些創(chuàng )新技術(shù)不僅提高了制造業(yè)的生產(chǎn)率，還使生產(chǎn)商實(shí)現了前所未有的準確性和定制化水平�，F在，就讓我們一起關(guān)注構成智能制造的這些相關(guān)技術(shù)。 1、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT） IIoT是智能制造的支柱，在整個(gè)生產(chǎn)生命周期內它能促進(jìn)機器、傳感器和系統之間的無(wú)縫連接和數據交換，實(shí)現設備的實(shí)時(shí)監控、預測性維護和數據驅動(dòng)的決策。預測性維護利用先進(jìn)的分析和機器學(xué)習算法在設備故障發(fā)生之前進(jìn)行預測，從而實(shí)現主動(dòng)維護，以防止代價(jià)高昂的停機時(shí)間并優(yōu)化生產(chǎn)效率。 2、人工智能/機器學(xué)習 人工智能旨在模仿人類(lèi)智能，作為人工智能的一個(gè)子集，機器學(xué)習專(zhuān)注于構建基于數據輸入提高性能的系統。算法使機器能夠以更快的速度分析數據，從中學(xué)習，適應并在沒(méi)有人為干預的情況下做出決策。在智能制造中，人工智能和機器學(xué)習使這些系統成為預測引擎。通過(guò)分析數據，它們可以在設備故障發(fā)生之前進(jìn)行預測，優(yōu)化生產(chǎn)計劃以實(shí)現極高效率，避免昂貴的停機時(shí)間，并確定需要改進(jìn)質(zhì)量控制的領(lǐng)域。簡(jiǎn)而言之，有了人工智能和機器學(xué)習的助力，智能工廠(chǎng)將變得更高效、更具成本效益和更積極主動(dòng)。 3、先進(jìn)的機器人和自動(dòng)化技術(shù) 自動(dòng)化，也稱(chēng)為具有人類(lèi)智能的自動(dòng)化，意味著(zhù)使用機器人和自動(dòng)化系統，設備既可以自己工作，也可以與人類(lèi)一起工作。智能工廠(chǎng)將越來(lái)越依賴(lài)于先進(jìn)的機器人和自動(dòng)化技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化流程、提高精度和提高生產(chǎn)率。 4、云計算和大數據分析 智能制造中的大數據是指制造過(guò)程中各種來(lái)源生成的大量結構化和非結構化數據。通過(guò)利用基于云的平臺和高級分析工具，制造商可以深入了解生產(chǎn)流程，識別瓶頸并優(yōu)化運營(yíng)。分析工具對于處理這些廣泛的數據至關(guān)重要，可以提取有價(jià)值的見(jiàn)解，使制造商能夠改進(jìn)生產(chǎn)流程，預測設備故障，并實(shí)時(shí)就物流、風(fēng)險評估、成本管理和質(zhì)量控制做出明智的決策。 5、3D打印 也稱(chēng)為增材制造，3D打印徹底改變了產(chǎn)品的設計和制造方式。智能工廠(chǎng)通過(guò)利用3D打印技術(shù)按需生產(chǎn)復雜和定制的組件，可大幅縮短產(chǎn)品交付周期，極大限度地減少浪費，并實(shí)現更大的設計靈活性。 6、數字孿生 數字孿生是物理資產(chǎn)、流程或系統的虛擬副本，實(shí)時(shí)模擬其行為和性能。在智能制造中，數字孿生使制造商能夠對生產(chǎn)流程和設備進(jìn)行建模、監控和優(yōu)化。對于產(chǎn)品，它還可以用于虛擬測試不同的設計，識別潛在的弱點(diǎn)，并在構建物理原型之前優(yōu)化性能，從而提前節省資源和成本。 智能制造領(lǐng)域三大發(fā)展趨勢 以下是智能制造領(lǐng)域三個(gè)值得關(guān)注的發(fā)展趨勢： 01 人工智能和機器學(xué)習 將掌舵智能制造的未來(lái) Fortune Business Insights預測，到2028年，全球智能制造市場(chǎng)將增長(cháng)到6584.1億美元。市場(chǎng)規模預計將從2023年的3109.2億美元增加到2030年的7541億美元。 人工智能、云計算、大數據和機器學(xué)習等新興技術(shù)有望推動(dòng)這一增長(cháng)。制造商正確地將人工智能視為創(chuàng )建超自動(dòng)化智能工廠(chǎng)不可或缺的一部分。他們看到了人工智能在增強產(chǎn)品和流程創(chuàng )新、縮短周期時(shí)間、提高運營(yíng)和資產(chǎn)效率、改善維護和加強安全性以及減少碳排放方面的效用。 MIT Technology Review Insights在調查了300家已經(jīng)開(kāi)始使用人工智能的制造商后發(fā)現，其中大多數（64%）目前正在研究或試驗人工智能，約35%的制造商已經(jīng)開(kāi)始將人工智能投入生產(chǎn)，未來(lái)兩年內將大幅增加人工智能支出。制造業(yè)對人工智能開(kāi)發(fā)的雄心比大多數其他行業(yè)都要大。 02 先進(jìn)技術(shù)將重新定義 智能工廠(chǎng)的可持續性目標 在工廠(chǎng)自動(dòng)化方面，人工智能技術(shù)的不斷強大，通過(guò)機器學(xué)習能實(shí)時(shí)不斷地優(yōu)化流程，生產(chǎn)線(xiàn)可以很容易地進(jìn)行調整，以適應產(chǎn)品設計、客戶(hù)需求或市場(chǎng)趨勢的變化，提高了生產(chǎn)線(xiàn)的靈活性和敏捷性。在質(zhì)量控制方面，具有機器視覺(jué)和人工智能的智能系統可以以無(wú)與倫比的準確性和速度檢查產(chǎn)品，確保質(zhì)量一致，降低產(chǎn)品召回風(fēng)險。在預測性維護方面，通過(guò)分析數據，人工智能可以預測設備故障，極大限度地減少停機時(shí)間和相關(guān)成本，工廠(chǎng)的維護能力將達到一個(gè)全新的水平。 03 人機協(xié)作實(shí)現更高自動(dòng)化水平 智能制造的未來(lái)在于人類(lèi)和智能機器之間的無(wú)縫協(xié)作，人工智能增強了人類(lèi)的決策能力。 用于智能制造的邊緣人工智能平臺 無(wú)論是流程自動(dòng)化還是大量數據分析，智能和自學(xué)習系統在制造過(guò)程中變得越來(lái)越重要。當計算能力更接近數據生成的來(lái)源時(shí)，更容易實(shí)現數據的實(shí)時(shí)處理和分析，智能工廠(chǎng)也就更能夠做出明智的決策。利用邊緣人工智能（Edge AI），可以直接在制造網(wǎng)絡(luò )的邊緣進(jìn)行實(shí)時(shí)決策和流程優(yōu)化。由于Edge AI設備不會(huì )先將所有的數據傳輸到云端，既減少了延遲，還能有效地保護數據安全。制造業(yè)是實(shí)現邊緣人工智能和其他新興技術(shù)的近乎完美的用例，這一趨勢正在不斷增長(cháng)。 為了有效地實(shí)施邊緣人工智能解決方案，智能制造需要各種專(zhuān)門(mén)為邊緣計算和人工智能工作負載設計的硬件、軟件和邊緣設備。通過(guò)利用邊緣AI硬件、軟件、邊緣設備的正確組合，制造商可以有效地利用邊緣AI的力量，實(shí)現實(shí)時(shí)決策、優(yōu)化流程，并推動(dòng)其運營(yíng)的數字化轉型。 根據Statista的預測，人工智能芯片市場(chǎng)在2023年的價(jià)值為537億美元，到2024年將增長(cháng)30%以上，躍升至710億美元以上，人工智能芯片已成為市場(chǎng)上非常熱門(mén)的商品之一。 GPU一直是人工智能應用的熱門(mén)芯片，它們能夠并行執行數百萬(wàn)次數學(xué)運算，Nvidia在該領(lǐng)域具有強大的影響力，目前AMD和英特爾也開(kāi)始進(jìn)入這一市場(chǎng)。CPU或GPU等通用處理器針對數據中心的大多數應用提供了強大的算力支持。然而，這些通用的解決方案并不能很好地滿(mǎn)足邊緣運行深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )或生成人工智能模型的需求，它們雖然功能強大，但從性能角度來(lái)看，其運行效率可能很低，并且功耗過(guò)大。非數據中心應用利用云連接和高功率GPU設備來(lái)執行AI推理在邊緣已經(jīng)變得不切實(shí)際。 為了解決一些極具挑戰性的邊緣生成人工智能任務(wù)，我們需要為靈活性和能效而設計的解決方案。專(zhuān)門(mén)構建的AI加速器是邊緣AI處理的一種非常有效的解決方案，它提供了性能和能效的理想組合。NVIDIA Jetson系列、Google Coral和Intel NCS等設備是專(zhuān)為邊緣AI工作負載構建的，具有強大的AI處理器和加速器。 從實(shí)際應用角度來(lái)講，智能制造中所需的人工智能技術(shù)和任務(wù)需要專(zhuān)門(mén)的邊緣AI芯片，這些芯片不僅功能更強大、更高效，還需針對先進(jìn)的機器學(xué)習算法進(jìn)行優(yōu)化。目前，許多半導體公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出面向低功耗、高性能邊緣計算需求的專(zhuān)用芯片組。 
圖：i.MX95應用處理器系統框圖（圖源：NXP） NXP的i.MX 9系列應用處理器是其EdgeVerse邊緣計算平臺的一部分，旨在滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)人員對更高性能、機器學(xué)習、一流的安全性以及專(zhuān)用多傳感數據處理引擎的需求。i.MX 95系列是恩智浦i.MX 9系列的旗艦應用處理器，是首個(gè)集成恩智浦eIQ Neutron神經(jīng)處理單元（NPU）和新型圖像信號處理器（ISP）的i.MX應用處理器，該系列包括搭載了6個(gè)Arm Cortex-A55內核的多核應用域，以及面向安全/低功耗和高性能實(shí)時(shí)應用的兩個(gè)獨立的實(shí)時(shí)處理域，這些域采用高性能Arm Cortex-M7和Arm Cortex-M33 CPU，集低功耗、實(shí)時(shí)和高性能處理功能于一身。在工業(yè)工廠(chǎng)自動(dòng)化平臺中，即使系統的其他部分出現故障，功能安全域仍可確保工業(yè)控制系統始終返回到預先確定的狀態(tài)。 機器視覺(jué)已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的必備特性。i.MX 95系列采用集成的eIQ Neutron NPU來(lái)實(shí)現機器視覺(jué)功能，可與多個(gè)攝像頭傳感器或聯(lián)網(wǎng)的智能攝像頭配合使用。信息安全是邊緣應用的堅實(shí)基礎，i.MX 95系列集成了安全區域，可簡(jiǎn)化安全啟動(dòng)、加密、信任配置和運行時(shí)驗證等安全關(guān)鍵功能的實(shí)施。在應用上，i.MX 95系列應用處理器專(zhuān)為機器視覺(jué)進(jìn)行優(yōu)化，提供高性能的圖形和可擴展的連接功能。其靈活架構包含安全域和實(shí)時(shí)域，能夠通過(guò)堅固耐用的人機界面（HMI）指揮和控制自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，且該人機界面具有多屏、觸摸屏控制和實(shí)時(shí)關(guān)鍵警報功能。 在系統設計和開(kāi)發(fā)方面，恩智浦對i.MX 95提供了全面的軟件支持。eIQ Neutron NPU和機器學(xué)習應用開(kāi)發(fā)由eIQ ML軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境提供支持，這是一個(gè)庫和開(kāi)發(fā)工具的集合，用于構建針對i.MX應用處理器和MCU的機器學(xué)習應用。eIQ工具包利用開(kāi)源技術(shù)，并與恩智浦的Yocto開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)縫集成，使開(kāi)發(fā)人員可以輕松開(kāi)發(fā)完整的系統級應用。 人工智能在智能制造中的未來(lái) 智能制造是行業(yè)的未來(lái)，它提供了一種革命性的生產(chǎn)方法，利用尖端技術(shù)優(yōu)化流程并推動(dòng)創(chuàng )新。通過(guò)整合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、自動(dòng)化等，智能制造有望改變傳統制造方法，為提高生產(chǎn)效率、降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量鋪平道路。隨著(zhù)智能制造的發(fā)展，預計自動(dòng)化、人工智能和數字孿生等進(jìn)步將進(jìn)一步融合，以實(shí)現超互聯(lián)和智能制造的未來(lái)。Markets and Markets預計，到2027年，全球智能制造市場(chǎng)將達到5,124.5億美元。 現在，工業(yè)發(fā)展正在步入智能制造時(shí)代。然而這并不是說(shuō)我們要完全擺脫舊工廠(chǎng)，而是要用尖端技術(shù)將它們提升到一個(gè)新的水平，進(jìn)而創(chuàng )造一個(gè)機器無(wú)縫通信、數據驅動(dòng)決策、高效率的、先進(jìn)的制造工廠(chǎng)。 早在2020年的世界經(jīng)濟論壇上專(zhuān)家們就曾預言，到2030年，人工智能驅動(dòng)的工廠(chǎng)將在全球創(chuàng )造2,000萬(wàn)個(gè)新工作崗位�，F在看來(lái)這個(gè)預言很有可能成為現實(shí)。與此同時(shí)，歐盟又提出了工業(yè)5.0的新概念，其關(guān)鍵戰略包括利用數字技術(shù)優(yōu)化運營(yíng)和供應鏈，提高員工的數字素養，提高研發(fā)能力以獲得競爭優(yōu)勢。在“未來(lái)工廠(chǎng)”中，邊緣人工智能和機器視覺(jué)等技術(shù)將是實(shí)現工廠(chǎng)數字化轉型的主要驅動(dòng)力。 |
